第13讲　碳、硅及其化合物　无机非金属材料-2025年高考化学全国一轮

第13讲碳、硅及其化合物无机非金属材料备考导航复习目标1.了解C、Si单质及其重要化合物的主要性质及应用。2.了解Si、SiO2的结构特点，了解Si的制备方法。3.了解硅酸盐工业，了解无机非金属材料和新型无机非金属材料。复习策略本专题的复习宜采用：1.迁移法。如晶体硅、二氧化硅属于原子晶体，应具有较高的熔点等；二氧化碳、二氧化硅属于酸性氧化物，能与碱溶液反应生成盐和水。2.比较法。如二氧化硅与二氧化碳晶体结构不同，二者物理性质有较大的差异。3.特殊法。如硅及其化合物有许多反应是在高温下的固态反应。又如硅单质及其化合物在生活及高科技发展中起着重要的作用：硅是半导体材料、二氧化硅是制备光导纤维的材料。4.联系实际法。如CO、CO2与绿色化学；Si、SiO2、硅酸盐与无机非金属材料。以新材料、新技术应用为背景进行命题。熟记网络课前思考问题1(2021·浙江卷)已知3种共价晶体的熔点数据如下表：共价晶体金刚石碳化硅晶体硅熔点/℃＞355026001415金刚石的熔点比晶体硅高的原因是均为共价晶体，原子半径：C＜Si(或键长：C—C＜Si—Si)，键能：C—C＞Si—Si。问题2粗硅提纯的常见方法有哪些？【答案】1.判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)(2020·浙江卷)SiO2可用来制造光导纤维(√)(2)(2019·新课标Ⅲ卷)高纯硅可用于制作光感电池(√)(3)(2021·广东卷)氢氟酸可与SiO2反应，利用氢氟酸刻蚀石英制作艺术品(√)(4)制作钻杆用的SiC增强铝基材料属于复合材料(√)(5)(2019·江苏卷)向Na2SiO3溶液中滴加稀盐酸的离子方程式：Na2SiO3＋2H＋=H2SiO3↓＋2Na＋(×)(6)(2020·海南卷)SiO2的熔点比干冰高的原因是SiO2分子间的范德华力大(×)(7)(2018·海南卷)设NA为阿伏加德罗常数的值。12g金刚石中含有化学键的数目为4NA(×)(8)(2019·新课标Ⅰ卷)陶瓷是应用较早的人造材料，主要化学成分是硅酸盐(√)(9)水玻璃可用于生产黏合剂和防火剂(√)(10)[SiO4]四面体广泛存在于硅的含氧化合物中(√)(11)将SO2通入Na2SiO3溶液中有胶状沉淀产生，说明酸性：H2SO3＞H2SiO3(√)(12)(2019·浙江卷)天然石英和水晶的主要成分都是二氧化硅(√)(13)晶体硅熔点高、硬度大，所以可用于制作半导体材料(×)(14)石英坩埚耐高温，可用来加热熔融烧碱、纯碱等固体(×)(15)(2020·浙江卷)单晶硅和石英互为同素异形体(×)(16)(2022·山东泰安一模)用如图仪器盛装Na2SiO3溶液：(×)2．(2023·广东统考)我国航天航空事业迎来飞速发展。下列说法正确的是(D)A.月球探测器使用的硅太阳能电池板，其主要成分是SiO2B.月球探测器中的瞄准镜使用的光导纤维，其主要成分是SiC.宇宙飞船返回舱表面使用的高温结构陶瓷属于传统无机非金属材料D.火箭使用碳纳米管可以减轻火箭质量，这种材料属于新型无机非金属材料【解析】硅太阳能电池板，其主要成分是硅，A错误；月球探测器中的瞄准镜使用的光导纤维，其主要成分是SiO2，B错误；高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，C错误。3．(2023·广东期末)硅与碳同主族，是组成地壳的主要元素之一。下列说法正确的是(A)A.单质硅和金刚石中的键能：Si—Si<C—CB.CH4和SiH4中C、Si化合价均为－4C.SiO2中Si原子的杂化方式为sp杂化D.碳化硅硬度很大，属于分子晶体【解析】原子半径：Si＞C，键长：Si—Si＞C—C，则键能：Si—Si＜C—C，A正确；H元素的电负性大于Si元素，SiH4中Si元素的化合价为＋4，B错误；SiO2为空间网状结构，中心Si原子的价层电子对数为4，杂化方式为sp3杂化，C错误；碳化硅的硬度很大，属于共价晶体，D错误。4．(2023·湖北统考)工业制备高纯硅的主要过程如下。石英砂eq\o(→,\s\up7(焦炭),\s\do5(1800～2000℃))粗硅eq\o(→,\s\up7(HCl),\s\do5(300℃))SiHCl3eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(1100℃))高纯硅下列说法错误的是(B)A.制备粗硅的化学方程式为SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑B.1molSi含Si—Si的数目约为4×6.02×1023C.原料气HCl和H2应充分去除水和氧气D.生成SiHCl3的反应为熵减过程【解析】在晶体硅中，每个Si原子与其周围的距离最近4个Si原子形成共价键并形成立体空间网状结构，平均每个Si原子形成2个共价键，1molSi含Si—Si的数目约为2×6.02×1023，B错误。考点1碳、硅单质的结构与性质知识梳理碳、硅单质的结构与物理性质比较碳硅元素存在形态游离态、化合态化合态结构金刚石石墨C60金刚石：正四面体空间网状结构，属于共价晶体。石墨：平面正六边形层状结构，属于过渡型晶体。C60分子：球形对称结构，属于分子晶体硅硅：正四面体空间网状结构，属于共价晶体物理性质金刚石：熔点高、硬度大，石墨：硬度小，是电的良导体灰黑色固体，有金属光泽，熔点高、硬度大，有脆性用途金刚石用作切割刀具，石墨用作电极、铅笔芯硅用于制造半导体材料和合金材料化学性质1．碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性2．由石英砂制取并获得高纯硅的主要反应SiO2＋2Ceq\o(==,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl解疑释惑25有关C60分子结构的计算1.C60分子由60个C原子形成的封闭笼状分子，共有32个面：其中有20个六边形和12个五边形。2.C60中有60个C—C，有30个C=C。[计算说明]利用欧拉公式。①3顶＝2棱→(3×60＝2棱，所以有90个棱)；②顶＋面－棱＝2→(60＋面－90＝2，所以有32个面)；③设5边形为x个，6边形为y个→所以5x＋6y＝90，x＋y＝32。[及时巩固](1)(2023·全国甲卷)如图所示的几种碳单质，它们互为________，其中属于共价晶体的是________，C60间的作用力是________。(2)右图立方体中心的“·”表示硅晶体中的一个原子，请在立方体的顶点用“·”表示出与之紧邻的硅原子。【答案】(1)同素异形体金刚石范德华力(2)或(2023·潮州二模)提纯粗硅时可通过反应SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(1100℃))Si＋3HCl获取晶体硅。下列说法正确的是(A)A.1molSi晶体中含有2mol非极性键B.基态Si原子的轨道表示式：C.SiHCl3的空间填充模型为D.HCl的电子式为H＋[︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰]－【解析】3p能级的2个电子自旋方向应该相同，B错误；该模型为球棍模型，C错误；HCl为共价化合物，其电子式为H︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰，D错误。深度指津碳、硅的特殊性1.金刚石、硅、碳化硅的都属于共价晶体。可以通过比较它们的共价键的键长来比较熔、沸点的高低，键长越短，原子结合的越牢固，熔、沸点就越高。所以熔、沸点：金刚石＞SiC＞Si。2.一般情况下，非金属单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。3．一般情况下，较强氧化剂＋较强还原剂→较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑，2FeO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋CO2↑。4.硅为非金属单质，却可以和强碱反应，得到氢气：Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑。5.非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，而Si却能与HF发生反应：Si＋4HF=SiF4↑＋2H2↑。6.一般情况下，只有非常活泼的金属(Na、K等)才能够置换出水中的氢，但碳单质却能与水蒸气反应：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO(g)＋H2(g)。考点2碳、硅的主要化合物知识梳理SiO2与CO2化学式SiO2CO2晶体类型共价晶体分子晶体用途SiO2是制造光导纤维的主要原料干冰可用于人工降雨化学性质与水反应不反应CO2＋H2OH2CO3与C反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO与HF反应SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O不反应与碱反应SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O盛碱性溶液的试剂瓶要用橡皮塞(或软木塞)，碱性溶液只能装在碱式滴定管中CO2少量：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2OCO2过量：CO2＋NaOH=NaHCO3与盐反应SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑(Na2SiO3的水溶液俗称为水玻璃，可用于生产黏合剂和防火剂)Ca(ClO)2＋CO2＋H2O=CaCO3↓＋2HClOCO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3与碱性氧化物反应SiO2＋CaOeq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3CO2＋Na2O=Na2CO3一氧化碳(CO)1.物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。2.化学性质——还原性(1)燃烧：2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2，淡蓝色火焰。(2)还原CuO：CuO＋COeq\o(=,\s\up7(△))Cu＋CO2(冶炼金属、检验CO等)。3.实验装置设计：除去混合气体(CO、CO2)中CO2气体，进行CO还原氧化铜实验。硅酸与碳酸1．碳酸分子中碳原子的杂化方式为sp2。固体H2CO3是分子晶体。COeq\o\al(2－,3)中碳原子的杂化方式为sp2，COeq\o\al(2－,3)的空间结构为平面三角形。2．硅酸与碳酸的比较物质硅酸碳酸化学式H2SiO3H2CO3颜色与状态白色、粉末状无色，只存在于水溶液中水溶性不溶于水只存在于水溶液中制法Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaClCO2＋H2OH2CO3挥发性不挥发挥发酸性硅酸<碳酸稳定性硅酸>碳酸相互转化CO2＋H2O＋Na2SiO3=Na2CO3＋H2SiO3↓[及时巩固](2022·济南1月模拟)我国科学家成功利用CO2人工合成淀粉，使淀粉生产方式从农业种植转为工业制造成为可能，其原理如图所示。下列说法错误的是(A)A.甲醇可用作燃料电池的正极活性物质B.化妆品中添加二羟基丙酮的主要作用为保湿C.淀粉可用于制备葡萄糖D.该过程有利于实现“碳达峰，碳中和”【解析】甲醇燃料中通甲醇的一极为负极，通O2的一极为正极，故甲醇可用作燃料电池的负极活性物质，A错误；二羟基丙酮中的羟基能与H2O之间形成分子间氢键，故化妆品中添加二羟基丙酮的主要作用为保湿，B正确；淀粉在一定条件下水解可生成葡萄糖，故淀粉可用于制备葡萄糖，C正确；该过程消耗CO2，制备淀粉，故有利于实现“碳达峰，碳中和”，D正确。下列关于SiO2和CO2的说法正确的是(A)A.CO2是分子晶体，SiO2是共价晶体B.常温下，盐酸、氢氟酸均能与SiO2反应C.CO2是酸性氧化物，SiO2是两性氧化物D.常温下，CO2和SiO2都能与水反应生成相应的含氧酸【解析】常温下，盐酸与二氧化硅不反应，B错误；二氧化硅是酸性氧化物，C错误；SiO2不能与水反应生成相应的含氧酸，D错误。SiO2是一种化工原料，如图所示可以制备一系列物质。下列说法错误的是(A)A.图中所涉及反应都不属于氧化还原反应B.硅是半导体材料，二氧化硅是光导纤维主要成分C.用盐酸可除去石英砂(主要成分为SiO2)中少量的碳酸钙D.盛放氢氧化钠溶液的试剂瓶不能用玻璃塞【解析】二氧化硅和碳反应、硅和氯气反应、四氯化硅和氢气反应都属于氧化还原反应，A错误。“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。(1)下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的有________(填字母，下同)。a.减少化石燃料的使用b.植树造林，增大植被面积c.采用节能技术d.利用太阳能、风能(2)将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多，如：a.6CO2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7(光合作用))C6H12O6＋6O2b．CO2＋3H2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3OH＋H2Oc．CO2＋CH4eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH3COOHd．2CO2＋6H2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))CH2=CH2＋4H2O以上反应中，最节能的是______，原子利用率最高的是______。(3)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。写出钙化作用的离子方程式：____________________________________。【答案】(1)abcd(2)ac(3)Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋CO2↑＋H2O(1)FeSO4溶液中加入NH4HCO3，反应生成FeCO3，并且产生一种无色气体，写出离子方程式：_____________________________________。(2)50℃时，MnSO4溶液中加入NH4HCO3，生成沉淀MnCO3(3)根据流程图，写出沉钴的离子方程式：_________________________。(4)以粉煤灰(主要成分为Al2O3、SiO2，还含少量Fe2O3等)为原料制取氯化铝的部分工艺流程如下。写出“除铁”生成Fe(OH)3的离子方程式：_________________________。(5)在50℃时ZnSO4溶液中加入NH4HCO3碳化，生成ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O、CO2和(NH4)2SO4_______________________________________________________________。【答案】(1)Fe2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=FeCO3↓＋CO2↑＋H2O(2)MnSO4＋2NH4HCO3eq\o(=,\s\up7(50℃))MnCO3↓＋CO2↑＋(NH4)2SO4＋H2O(3)Co2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=CoCO3↓＋CO2↑＋H2O(4)Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑(5)3ZnSO4＋6NH4HCO3=ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓＋3(NH4)2SO4＋5CO2↑考点3无机非金属材料知识梳理传统无机非金属材料(水泥、玻璃、陶瓷)——硅酸盐材料硅酸盐材料水泥玻璃陶瓷原料石灰石、黏土、石膏石英(SiO2)、纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)黏土主要成分硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钙(CaSiO3)、二氧化硅(SiO2)硅酸盐玻璃生产发生的主要反应：①SiO2＋Na2CO3eq\o(=,\s\up7(高温))Na2SiO3＋CO2↑②SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑新型无机非金属材料新型无机非金属材料有高温结构陶瓷(如SiC、BN、Si3N4、Al2O3等)。解疑释惑26硅酸盐的书写硅酸盐的种类繁多，结构复杂，其组成的表示方法有两种：1.盐化学式法如硅酸钠(Na2SiO3)，硅酸钙(CaSiO3)等。此法一般用于组成较简单的硅酸盐。2.氧化物法(1)氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水。(2)硅酸盐用氧化物的形式表示时，遵循各元素化合价不变的原则，各元素原子个数比符合原来的组成。(3)当计量数配置出现分数时应化为整数。如正长石：KAlSi3O8，不能写成eq\f(1,2)K2O·eq\f(1,2)Al2O3·3SiO2，应写成K2O·Al2O3·6SiO2。[及时巩固]属于新型无机非金属材料的是(D)A.水泥、玻璃、陶瓷 B.玻璃钢C.镁铝合金材料 D.氮化硅【解析】水泥、玻璃、陶瓷是传统无机非金属材料；玻璃钢是复合材料；镁铝合金材料是金属材料；D选。(1)胃舒平主要成分是氢氧化铝，同时含有三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)等化合物。①三硅酸镁的氧化物形式为__________________________。②Al2O3、MgO和SiO2都可以制耐火材料，其原因是________(填字母)。a.Al2O3、MgO和SiO2都有很高的熔点b.Al2O3、MgO和SiO2都是白色固体c.Al2O3、MgO和SiO2都是碱性氧化物(2)石棉(CaMg3Si4O12)是耐火材料，用氧化物的形式表示其组成为___________________________________________________________。(3)青花瓷胎体的原料——高岭土[Al2Si2O5(OH)4]，若以氧化物形式可表示为__________________。【答案】(1)①2MgO·3SiO2·nH2O②a(2)CaO·3MgO·4SiO2(3)Al2O3·2SiO2·2H2O深度指津金属离子与酸式碳酸盐反应的归纳类型1：金属离子M2＋与HCOeq\o\al(－,3)反应生成碳酸盐MCO3沉淀、CO2气体和水。二价离子M2＋主要有：Ca2＋、Fe2＋、Mn2＋、Ni2＋、Co2＋等。类型2：金属离子Al3＋、Fe3＋与HCOeq\o\al(－,3)反应生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀和CO2气体。Al3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Al(OH)3↓＋3CO2↑Fe3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Fe(OH)3↓＋3CO2↑类型3：金属离子M2＋与HCOeq\o\al(－,3)反应生成碱式碳酸盐M2(OH)2CO3沉淀或带结晶水的碱式碳酸盐沉淀[如：ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O]和CO2气体。二价离子M2＋主要有：Cu2＋、Zn2＋等。[解题策略]1.金属离子与碳酸氢盐反应，根据文字和图片信息提示均有CO2生成，再根据信息提示确定金属离子的沉淀形式。2.利用电荷守恒和原子守恒法配平离子方程式。例如：3Zn2＋＋5HCOeq\o\al(－,3)=6CO2↑＋ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O↓先根据锌原子守恒配平锌离子，然后根据电荷守恒配平碳酸氢根离子，接着根据碳原子守恒配平CO2，最后根据氢原子和氧原子守恒判断该离子方程式中没有水生成。3.根据离子方程式书写化学方程式，将金属离子换成对应的盐，碳酸氢根离子换成对应的盐，右边补上生成的一种盐。1.芯片主要由单晶硅构成。如图是硅及其化合物的价类二维图，根据要求填空。(1)利用焦炭在电炉中还原二氧化硅的化学方程式为_____________________________________________________________________________。(2)利用氢氟酸刻蚀玻璃的化学方程式为_____________________________________________________________。(3)硅酸钠转化为原硅酸的离子方程式为_____________________________________________________________。(4)二氧化硅与烧碱溶液反应的化学方程式为_____________________。(5)石英与石灰石在玻璃熔炉里加强热发生反应的化学方程式为_________________________________________________________________________。【答案】(1)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑(2)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(3)SiOeq\o\al(2－,3)＋2H＋＋H2O=H4SiO4↓(4)2NaOH＋SiO2=Na2SiO3＋H2O(5)CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑2.(2022·揭阳期末)化学对提高人类生活质量和促进社会发展具有重要作用。下列说法正确的是(C)A.焰色试验、海带提碘、石油裂化都有化学变化的过程B.嫦娥五号返回舱用到的高温结构陶瓷属于传统硅酸盐材料C.利用CO2人工合成淀粉能有效促进“碳中和”目标的实现D.我国发射的火星探测器，其使用的太阳能电池板的主要成分是二氧化硅【解析】焰色试验中没有新物质生成，所以是物理变化，A错误；传统硅酸盐包含水泥、玻璃、陶瓷，高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料，B错误；太阳能电池板的主要成分是单质硅，光导纤维的主要成分是二氧化硅，D错误。3．(2023·江门台山一中)工业上由石英砂(主要成分为SiO2)制备高纯硅的过程中涉及反应：SiO2＋2Ceq\o(====,\s\up7(1800～2000℃))Si＋2CO↑；Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(300℃))SiHCl3＋H2，下列说法正确的是(B)A.SiHCl3的球棍模型为B.28g晶体硅中含有2molSi—SiC.HCl中化学键为s－sσ键D.碳的同素异形体金刚石和C60均属于共价晶体【解析】SiHCl3是四面体结构，并且原子半径：Si＞Cl＞H，图示中半径：H＞Cl，A错误；28g晶体硅中含有eq\f(28g,28g/mol)×2＝2molSi—Si，B正确；氯原子利用p轨道成键，HCl中化学键为s－pσ键，C错误；碳的同素异形体金刚石属于共价晶体，但C60属于分子晶体，D错误。4．(2023·山东卷)三氯甲硅烷(SiHCl3)是制取高纯硅的重要原料，常温下为无色液体，沸点为31.8℃，熔点为－126.5℃，易水解。实验室根据反应Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(△))SiHCl3＋H2，利用如图装置制备SiHCl3粗品(加热及夹持装置略)。回答下列问题：(1)制备SiHCl3时进行操作：(ⅰ)……；(ⅱ)将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中；(ⅲ)通入HCl，一段时间后接通冷凝装置，加热开始反应。操作(ⅰ)为__________________________；判断制备反应结束的实验现象是________________________________________。图示装置存在的两处缺陷是______________________________________________________________。(2)已知电负性：Cl>H>Si，SiHCl3在NaOH浓溶液中发生反应的化学方程式为______________________________。(3)采用如下方法测定溶有少量HCl的SiHCl3纯度。m1g样品经水解、干燥等预处理过程得硅酸水合物后，进行如下实验操作(填操作名称)：①________，②________，③称量等操作，测得所得固体氧化物质量为m2g，从下列仪器中选出①②中需使用的仪器，依次为__________(填字母)。测得样品纯度为____________________(用含m1、m【答案】(1)检查装置气密性管式炉中没有固体剩余C、D之间没有干燥装置，没有处理氢气的装置(2)SiHCl3＋5NaOH=Na2SiO3＋3NaCl＋H2↑＋2H2O(3)高温灼烧冷却ACeq\f(135.5m2,60m1)×100%【解析】(1)制备SiHCl3时，由于氯化氢、SiHCl3和氢气都是气体，所以组装好装置后，要先检查装置气密性，然后将盛有硅粉的瓷舟置于管式炉中，通入氯化氢气体，排出装置中的空气，一段时候后，接通冷凝装置，加热开始反应，当管式炉中没有固体剩余，烧瓶中无液体滴下时，即硅粉完全反应。SiHCl3易水解，所以需要在C、D之间加一个干燥装置，防止D中的水蒸气进入装置C中，另外氢氧化钠溶液不能吸收氢气，需要在D后面加处理氢气的装置。(3)m1g样品经水解、干燥等预处理过程得到硅酸水合物后，高温灼烧，在干燥器中冷却后，称量，所用仪器包括坩埚和干燥器，A、C选。所得固体氧化物为二氧化硅，质量为m2g，则二氧化硅的物质的量为n(SiO2)＝eq\f(m2,60)mol，样品纯度为eq\f(\f(m2,60)×28＋1＋35.5×3,m1)×100%＝eq\f(135.5m2,60m1)×100%。第13讲碳、硅及其化合物无机非金属材料1.下列说法不正确的是(C)A.硅晶片是生产芯片的基础材料B.芯片制造中的“光刻技术”是利用光敏树脂在曝光条件下成像，该过程涉及化学变化C.硅在自然界中主要以单质形式存在D.硅是应用最广泛的半导体材料【解析】硅元素在自然界中主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在，不存在硅单质，C错误。2.(2023·浙江卷)材料是人类赖以生存和发展的物质基础，下列材料主要成分属于有机物的是(D)A.石墨烯 B.不锈钢C.石英光导纤维 D.聚酯纤维【解析】石墨烯为碳单质，属于无机物，A不符合题意；不锈钢是Fe、Cr、Ni等的合金，属于金属材料，B不符合题意；石英光导纤维的主要成分为SiO2，属于无机非金属材料，C不符合题意。3.下列关于硅的说法错误的是(C)A.晶体硅是共价晶体，灰黑色有金属光泽B.常温下硅可以与氢氟酸反应生成2种气体C.硅的化学性质不活泼，常温下不与氢氧化钠溶液反应D.加热到一定温度时，硅能与氯气、氧气等非金属反应4.“中国芯”的主要原材料是高纯单晶硅，反应SiCl4(g)＋2H2(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关说法正确的是(B)A.SiCl4为极性分子B.HCl的电子式为H︰eq\o(Cl,\s\up12(‥),\s\do12(‥))︰C.单晶硅为分子晶体D.Si原子的结构示意图为【解析】SiCl4和CH4的空间结构都是正四面体形，结构对称，为非极性分子，A错误；单晶硅与金刚石的晶体结构相似，为共价晶体，C错误；Si原子的结构示意图为，D错误。5.(2022·广东质检)近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是(D)石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的物质石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料A.石墨烯具有良好的导电性B.上述三种物质与金刚石互为同素异形体C.石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜D.上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同【解析】碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳、水和二氧化硫，上述三种物质与金刚石都是碳的单质，互为同素异形体，与浓硫酸都能发生反应，反应产物相同，D错误。6.硅及其化合物在人类进步中发挥了重要作用。Si和SiC用于制造芯片，SiO2用于制造光纤，Na2SiO3用作木材防火剂。下列说法正确的是(D)A.Si在自然界以游离态存在B.Si和SiC具有优良的导电性C.SiO2不与酸反应D.Na2SiO3溶液可与CO2反应【解析】硅在自然界中以化合态存在，A错误；Si和SiC属于半导体，导电能力弱，B错误；SiO2能与氢氟酸发生反应，C错误。7.(2023·湖南娄底期末)氮化硅(Si3N4)是一种重要的结构陶瓷材料。用石英砂和原料气(含N2和少量O2)制备Si3N4的操作流程如下(粗硅中含少量Fe、Cu的单质及化合物)：下列叙述不正确的是(A)A.“还原”主要被氧化为CO2B.“高温氮化”反应的化学方程式为3Si＋2N2eq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4C.“操作X”可将原料气通过灼热的铜粉D.“稀酸Y”可选用稀硝酸【解析】焦炭与石英砂发生反应SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO，焦炭被氧化成CO，A错误；原料气中含有N2和少量的O2，氧气能与Cu反应生成CuO，N2不与Cu反应，将原料气通过灼热的铜粉可以得到纯净氮气，C正确；粗硅中含有少量Fe和Cu，即Si3N4中含有少量Fe和Cu，Fe、Cu与稀硝酸反应，得到可溶于水的Fe(NO3)3和Cu(NO3)2，稀硝酸可以除去Si3N4中Fe和Cu，D正确。8.下列说法正确的是(D)A.SiO2是酸性氧化物，所以不能与任何酸反应B.下列每一步转化均可实现：SiO2(s)eq\o(→,\s\up7(H2Ol))H2SiO3(s)eq\o(→,\s\up7(NaOHaq))Na2SiO3(aq)C.石英玻璃主要成分是硅酸盐，可制作化学精密仪器D.盛放烧碱的试剂瓶不能用玻璃塞的原因：SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O【解析】SiO2是酸性氧化物，但是二氧化硅能和氢氟酸反应：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O，A错误；SiO2不溶于水也不能与水反应，B错误；石英玻璃主要成分是二氧化硅，而不是硅酸盐，C错误。9.(2023·湖南郴州三模)地球上的硅大部分以二氧化硅及硅酸盐的形式存在，它们的基本结构单位是硅氧四面体[SiO4](图1)。石英晶体中的硅氧四面体相连构成螺旋链(图2)。天然硅酸盐组成复杂，硅、氧原子通过共用氧原子形成各种不同的硅酸根阴离子，一种层状硅酸根阴离子结构如图3所示。下列说法正确的是(D)图1图2图3A.基态Si原子核外电子有14种空间运动状态B.二氧化硅中硅原子的配位数是2C.图2中Si原子的杂化轨道类型是sp2D.图3层状硅酸根阴离子结构中硅和氧的原子个数之比为2∶5【解析】基态Si原子的电子排布式为1s22s22p63s23p2，原子核外的电子有8种空间运动状态，A错误；二氧化硅中硅原子的配位数是4，B错误；SiO2晶体的结构中有顶角相连的硅氧四面体，所以Si原子的杂化轨道类型是sp3，C错误；由图3可知，每个硅氧四面体分别以三个顶角氧和其他相邻的三个硅氧四面体共享，根据均摊法，每个硅氧四面体含有的氧原子数为3×eq\f(1,2)＋1＝2.5，含有的硅原子数为1，则硅和氧的原子个数比为1∶2.5＝2∶5，D正确。10.(2023·厦门一中)下列叙述正确的是(C)A.CO2和SiO2都是酸性氧化物，所以二者物理性质相似B.因为CaCO3＋SiO2eq\o(=,\s\up7(高温))CaSiO3＋CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强C.CO2和SiO2都能与碳反应，且都作氧化剂D.SiO2既能和NaOH反应，又能和HF反应，所以二氧化硅属于两性氧化物【解析】CO2和SiO2都是酸性氧化物，化学性质相似，但物理性质差别很大，A错误；硅酸的酸性比碳酸弱，反应之所以发生，是因为CO2为气体，可以脱离反应体系，B错误；SiO2与碱反应生成盐和水，与HF反应不能生成盐，所以SiO2没有两性，它属于酸性氧化物，D错误。11.下列关于硅及其化合物的叙述正确的是(B)A.晶体硅可用于制造石英光导纤维B.陶瓷、玻璃、水泥都是硅酸盐产品C.二氧化硅在电子工业中是重要的半导体材料D.二氧化硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料【解析】二氧化硅可用于制造光导纤维，A错误；晶体硅在电子工业中是重要的半导体材料，C错误；硅是人类将太阳能转换为电能的常用材料，D错误。12.(2023·湖北联考)氮化硅(Si3N4)常用作飞船返回舱耐高温结构材料，可由石英和焦炭在高温的氮气中通过以下反应制备：3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4＋6CO。下列说法错误的是(D)A.SiO2和Si3N4均属于共价晶体B.基态硅原子核外电子有8种空间运动状态C.对石英进行X射线衍射实验可确定其是否为晶体D.C3N4与Si3N4结构相似，硬度：C3N4<Si3N4【解析】SiO2和Si3N4均是由原子通过共价键形成的共价晶体，A正确；基态硅原子电子排布式为1s22s22p63s23p2，核外电子有8种空间运动状态；B正确；X射线衍射实验是检验晶体的科学方法，C正确；C3N4与Si3N4结构相似，都是共价晶体，共价键键能：C—N＞C—Si，故硬度：C3N4>Si3N4，D错误。13.(2023·湖北统考)多晶硅是单质硅的一种形态，是制造硅抛光片、太阳能电池及高纯硅制品的主要原料。多晶硅第三代工业制取流程如图所示。已知：SiHCl3遇水剧烈水解。下列说法错误的是(C)A.Y、Z分别为H2、Cl2B.制取粗硅过程中可能发生反应：SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高温))SiC＋2CO↑C.提纯SiHCl3可采用萃取、分液的方法D.为防止SiHCl3水解而损失及氢气爆炸，“还原”步骤在无水、无氧条件下进行【解析